单主缆悬索桥体系转换分析.pdf

第第 1 页页 共共/ 7 页页 单主缆悬索桥单主缆悬索桥体系转换体系转换分析分析 黎志忠，蒋劲松，林智敏 （四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院 成都 610041） 摘摘 要要：：为了研究单主缆悬索桥关键施工方法，以柳州双拥大桥为工程实例，介绍和比较了顶落梁法和吊杆逐步张拉法两者的优缺点，深入分析了吊杆逐步张拉法体系转换过程中吊杆力和主缆位移变化规律， 提出了一种基于吊杆张拉体系转换的施工流程， 确保体系转换的安全和平顺 关键词：关键词：悬索桥 单主缆 体系转换 吊杆张拉法 顶落梁法 Analysis of System Transform for Suspension Bridge with Single Main Cable LI Zhi-zhong, JIANG Jing-song, LIN Zhi-ming (Sichuan Province Communications Department Highway Planning, Survey, Design And Research Institute, Chengdu, 610041, China) Abstract: To study the key scheme of construction of single main cable suspension bridge, a case of ShuangYong bridge was cited as an example. This paper introduces two methods of system transform, including lifting and dumping steel girder, suspender tension in Successive Steps, of which the advantages and disadvantages were pointed out. By means of further analysis of the change laws such as suspender force and main cable displacement, this paper proposed a construction scheme based on method of suspender tension in successive steps, which ensured the safety and smooth when the structure system was transformed. Keywords: single main cable suspension Bridge; system transform; suspender tension; lifting and dumping steel girder 1. 项目背景项目背景 广西柳州双拥大桥是世界上最大跨度的单主缆斜吊杆地锚式公路悬索桥。

主桥设计跨径组合为 40+430+40 米，桥面设双向 6 车道、非机动车道和人行道，主桥全宽 38m主塔为 A 型钢箱结构，塔高约 104.8 米，其断面为相似三角形沿塔柱高度方向扭转变化的空间曲面，具有独特的景观效果采用扁平流线型钢箱梁，梁高 3.5 米，全桥仅单根主缆，矢跨比 f=L/9.0，吊索间距 10米南北两岸各设置一个重力式锚碇 桥塔采用支架法节段提升安装，主梁采用多点连续顶推法施工，主缆和主梁同步施工主梁顶推合龙后，再开始吊索张拉体系转换工序，最后实施桥面系图 1 为该桥竣工后实景图 第第 2 页页 共共/ 7 页页 图 1 双拥大桥竣工实景图 2. 顶落梁法顶落梁法和逐步张拉法和逐步张拉法 双拥大桥施工方法为主梁顶推到位后，调整标高到设计线位置，再开始索梁体系转换工序，主缆的空缆状态与成桥状态位形相差很大，其吊索张拉体系转换方法类似自锚式悬索桥，可采用顶落梁法或者吊索逐步张拉法国内自锚式悬索桥应用这两种方法成功实施的典型案例分别为湘江三汊矶大桥[2]和佛山平胜大桥[3] 顶落梁法通过顶升钢箱梁达到能安装吊索的位置，安装吊索后逐步落梁完成体系转换，该方法临时墩的起顶安全性和钢箱梁的应力是关键控制因素。

逐步张拉法是在吊索锚头上采用接长杆使索夹耳板到主梁锚固点的距离接近成桥状态，再将对应吊索安装就位吊索逐步张拉方案具体又包括两种：(1) 全部吊索整体分级张拉，该方法需要接长杆较多；(2)从跨中往桥塔或者反方向依次交替张拉吊索 顶落梁法方案的焦点在于梁分次顶升和分次落下两个步骤三汊矶大桥主跨 328 米，梁顶升高度 1.5 米，分 15 级顶升到位双拥大桥若采用顶落梁法，拟订了三种不同的顶升高度方案，吊索均为一次张拉到位主要结果见表 1，考虑到吊索力控制因素认为其中方案 2 较为合理，但梁最大顶升位移达到 2.67 米，吊索仍然需要接长杆辅助张拉优点在于吊索张拉无需反复调索缺点在于梁顶推到位后需要在支墩上设置顶、落机构和同步控制系统，而且结构大起大落，施工控制难度较大本案例矢跨比相对自锚式悬索桥而言较小，空缆位移达到 5.6 米，加劲梁起顶的高度大约需要 3 米 表表 1 1 双拥大桥双拥大桥顶落梁法顶落梁法体系转换体系转换方案方案 项目 方案 1 方案 2 方案 3 最大顶升位移(m) 3.56 2.67 1.78 最大吊索力(KN) 2375 3589 6056 主梁应力范围(MPA) -120～155 -96～135 -70～92 最大支墩反力(KN) 11421 10435 9570 吊索逐步张拉方案的焦点在于找到合适的索力方案，优点在于转换过程较为平顺，缺点在于调索过程较为繁琐。

本文采用从桥塔往跨中依次交替张拉吊索，主要考虑以下因素：(1)吊索最大张拉力控制；(2)较少的张拉次数；(3)较少的接长杆数量；(4)桥塔偏位控制；(5)主梁应力；第第 3 页页 共共/ 7 页页 (6)吊索偏角 缆索系统施工控制可采用无应力状态法进行，吊杆的张拉过程就是通过改变其无应力索长并最终和成桥目标索长吻合的过程主桥除基础以外全为钢结构，可视为非时变保守系统确定了恒载目标后，正装计算得到的成桥状态与施工过程无关，因此能采用独立模型[1]进行计算 3. 逐步逐步张拉张拉法法体系转换体系转换 3.1 索力和主缆位移变化规律索力和主缆位移变化规律 吊索两端距离和成桥状态下相接近是吊索最终锚固的先决条件 从试算可知， 靠近桥塔的 1～9 号吊索缆上至梁上锚点之间的距离和成桥状态较为接近，可以依次直接一次安装到位，即无应力长度达到设计值，但 10～21 号吊索需要采用接长杆临时张拉，才能逐步实现最终锚固每根吊索设置 2 根临时拉杆，采用 PSB930 级φ 40 精轧螺纹钢，其长度根据主缆标高确定，上、下扁担梁设置在吊索下锚头和调节套筒两端，分别作为拉杆的锚固端和千斤顶张拉端，如图 2 所示。

图 2 接长杆临时张拉构造示意图 从图 3 可以看出，吊索力对主缆位移具有弱相干性[4]，吊索张拉只对相邻 2 组吊点主缆位移有较大的影响图 4 为全部吊索两端相对位移历程图，任意一根吊索张拉到位锚固后其两端基本不再发生相对变形图 5 为各施工阶段吊索力增量柱状图，可以看出新安装的吊索张拉力只对相邻吊索内力产生较大影响，对之外的吊索内力影响可以忽略，表 2 摘录了部分吊索安装到位阶段各组吊索索力变化根据吊索力和主缆位移变化规律，拟定吊索张拉思路：对 n 号吊索（n=10～19）,采用接长杆临时张拉第 n、n+1 和 n+2 号吊索（必要时也临时张拉 n+3 号吊索） ，以最大容许索力控制临时索力，以减少张拉杆数量和张拉次数，实现第 n 号吊索安装到位由此拟定吊索体系转换指导性施工流程，见下节 表 2 典型阶段的吊索内力增量表 吊索 阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 挂索 10 41 34 35 35 35 62 55 -23 -1133 1992 1992 0 0 0 0 0 0 挂索 11 17 14 15 15 15 29 28 24 -10 -428 3775 3775 0 0 0 0 0 挂索 12 14 14 14 13 12 23 21 20 14 -37 -576 3868 3868 0 0 0 0 挂索 13 15 14 15 14 13 25 23 22 21 13 -71 -957 4308 4308 0 0 0 挂索 14 14 13 14 13 12 23 21 21 21 20 12 -71 -973 4292 4292 0 0 第第 4 页页 共共/ 7 页页 注：加粗数字为各阶段新安装吊索的张拉力。

图 3 吊索力历程曲线图 图 4 吊索上下两端竖向相对位移历程曲线图 图 5 吊索力增量变化图 第第 5 页页 共共/ 7 页页 3.2 体系转换体系转换施工流程施工流程 吊索体系转换指导性施工流程（表 3）提交给施工监控方，并结合施工单位的设备情况，进一步优化后实施表中每处吊点张拉力指该处两吊索合力，吊索按桥塔到跨中的顺序编号 表 3 吊索张拉体系转换指导性施工流程 编号 简称 描述 1 挂索 1 1 号索安装到位 2 挂索 2 2 号索安装到位 3 顶推索鞍 01 第 1 次顶推索鞍，索鞍相对位移 20cm 4～9 挂索 3～8 3 号～8 号索安装到位 10 顶推索鞍 02 第 1 次顶推索鞍，索鞍相对位移 17.5cm 11 挂索 9 9 号索安装到位 12 临时张拉 11-12 11-12 号吊索临时张拉，每处吊点索力 3000KN 13 顶推索鞍 03 第 3 次顶推索鞍，索鞍相对位移 17.5cm 14 挂索 10 10 号索安装到位 15 临时张拉 12-13 12-13 号吊索临时张拉，每处吊点索力 3000KN 16 挂索 11 11 号索第 2 次张拉，安装到位 17 顶推索鞍 04 第 4 次顶推索鞍，索鞍相对位移 17.5cm 18 临时张拉 13-15 13-15 号吊索临时张拉，每处吊点索力 3000KN 19 挂索 12 12 号索第 3 次张拉，安装到位 20 临时张拉 14-16 14-16 号吊索临时张拉，每处吊点索力 3000KN 21 挂索 13 13 号索第 3 次张拉，安装到位 22 临时张拉 15-17 15-17 号吊索临时张拉，每处吊点索力 3000KN 23 挂索 14 14 号索第 3 次张拉，安装到位 24 临时张拉 16-18 16-18 号吊索临时张拉，每处吊点索力 3000KN 25 挂索 15 15 号索第 3 次张拉，安装到位 26 临时张拉 17-19 17-19 号吊索临时张拉，每处吊点索力 3000KN 27 挂索 16 16 号索第 3 次张拉，安装到位 28 临时张拉 18-19 18-19 号吊索临时张拉，索力分别为 3000KN、2000KN 29 挂索 17 17 号索第 3 次张拉，安装到位 30 临时张拉 19-20 19-20 号吊索临时张拉，每处吊点索力 2000KN 31 挂索 18 18 号索第 3 次张拉，安装到位 32 临时张拉 20-21 20-21 号吊索临时张拉，每处吊点索力 2000KN 33～35 挂索 19～21 19～21 号索依次安装到位 36 拆临时支墩 拆临时支墩 37 顶推索鞍 05 第 5 次顶推索鞍，索鞍相对位移 17.5cm 38 二期恒载 桥面铺装等荷载 第第 6 页页 共共/ 7 页页 根据上述调索思路完成张拉转换计算，全部吊索承载力安全系数能控制在。